專利名稱：以鋁土礦與脫硫石膏為基料的自流平材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以鋁土礦、脫硫石膏為主要組分，以
鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、細(xì)骨料、減水劑、乳膠粉等為輔助物料的自流平材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
我國能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主，煙氣脫硫規(guī)模日益增大，隨之產(chǎn)生大量的脫硫石膏。脫 硫石膏主要由含兩個結(jié)晶水的硫酸鈣組成，以二水硫酸鈣計，品位一般在90%左右，范圍 85-95%。脫硫石膏不僅是我國面臨的大宗廢棄物資源化利用問題，也是規(guī)模巨大的固廢污 染防治問題，迫切需要予以解決。脫硫石膏產(chǎn)生量如此巨大，客觀上需要大規(guī)模的資源化利 用途徑才能有效消納。而地面自流平材料(Self-Leveling materials ofFloor)應(yīng)該是脫 硫石膏規(guī)模化利用的最佳選擇之一。地面自流平材料是一種以無機或有機膠凝材料為基 礎(chǔ)、加入各種改性助劑、用于地面自找平的新型地面材料。無機自流平材料按基料不同，分 為水泥基和石膏基兩類。石膏基自流平材料通常以a半水石膏、P半水石膏、天然無水石 膏等為基料。石膏基自流平材料具有高流動性、初凝時間長、終凝時間適當(dāng)、早期及后期強 度較高、與基底粘結(jié)力高等特點，可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)地面建筑。采用脫硫石膏制備石膏基自 流平材料是一種規(guī)?；免}法脫硫副產(chǎn)物的技術(shù)，有可能既解決鈣法煙氣脫硫產(chǎn)物處理 與處置問題，又提供一種有廣闊應(yīng)用前景的產(chǎn)品。目前，以生成鈣礬石為主要水化物的混合 膠凝材料基自流平材料已經(jīng)是大部分商業(yè)產(chǎn)品的主流配方。 自流平材料在1972-1973年首先由日本住宅公團(tuán)對石膏基、水泥基自流平材料作 了基礎(chǔ)研究，隨后出現(xiàn)了石膏基自流平材料商品。1980年代，美國、德國等發(fā)達(dá)國家相繼研 究開發(fā)了地面自流平(砂漿)材料，并得到了較廣泛的應(yīng)用。我國石膏基自流平材料的研 究處于起步階段，直到2006年才有以硬石膏為基料制備地面自流平材料的報道(楊新亞， 王錦華.硬石膏基地面自流平材料研究[J].國外建材科技，2006， 27(1) :10-12)，研究內(nèi) 容僅限于基本組成物料的配比和相關(guān)性能測試。另一方面，由于自流平材料巨大的市場前 景，已經(jīng)出現(xiàn)一些專利申請，如中國發(fā)明專利200410053030. 5公開的一種普通硅酸鹽水泥 為基料的"高性能水泥基自流平材料"；中國發(fā)明專利200510061004. l公開的一種以鋁酸 鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、重堿為主要組分的"自流平水泥及其生產(chǎn)工藝"；中國發(fā)明專利 200510120515. 6公開的一種以石膏尾礦粉、礦渣粉、普通水泥為主要組分的"石膏尾礦自流 平材料及其制備方法";中國發(fā)明專利200510072440. 9公開的"一種石膏基自流平地面找平 材料及其制備方法";中國發(fā)明專利申請200710069007. 9公開的"一種脫硫石膏自流平材料 及其制備方法"。我國的石膏基自流平砂漿標(biāo)準(zhǔn)于2007年正式頒布，表明我國開始規(guī)范石 膏基自流平材料市場。 脫硫石膏屬于二水石膏，本身不具有膠凝性能，但是基于反應(yīng)生成高結(jié)合水和較 高強度的鈣礬石的基本原理，可以有效實現(xiàn)資源化利用脫硫石膏制備自流平材料，其前提 是要求提供生成鈣礬石所需的富含鋁離子、硅離子的礦物質(zhì)。鋁土礦是我國的優(yōu)勢礦種，尤其是品位偏低的鋁土礦儲量巨大，可作為石膏基自流平材料的物料之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種以脫硫石膏、鋁土礦為主要組分，容易達(dá)到石膏基自流平材料
性能指標(biāo)、制備工藝簡單、制備成本低的脫硫石膏自流平材料及其制備方法。 —種以鋁土礦與脫硫石膏為基料的自流平材料，以脫硫石膏、鋁土礦為主要成分，
以鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥和細(xì)骨料等輔料為次要組分，各組分的質(zhì)量百分比如下脫硫石膏粉20-60%鋁土礦粉20-55%鋁酸鹽水泥0-20%硅酸鹽水泥5-20%乳膠粉0-4. 0%減水劑0. 1-0. 8%消泡劑0. 05-0. 5%細(xì)骨料0-20%。 —種優(yōu)選的以鋁土礦與脫硫石膏為基料的自流平材料，以脫硫石膏、鋁土礦為主 要成分，以鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥和細(xì)骨料等輔料為次要組分，各組分的質(zhì)量百分比如 下脫硫石膏粉30-45%鋁土礦粉25-35%鋁酸鹽水泥6-10%硅酸鹽水泥10-15%乳膠粉2-3%減水劑0. 4-0. 5%消泡劑0. 1-0. 3%細(xì)骨料7-12%。 所述優(yōu)選的以鋁土礦與脫硫石膏為基料的自流平材料，其中脫硫石膏中有效的鈣 離子、鋁土礦提供的水鋁石、鋁酸鹽水泥提供的鋁離子接近形成鈣礬石的化學(xué)計量，鋁酸鹽 水泥和硅酸鹽水泥中的膠凝組分滿足膠凝材料初期水化速率快的要求，并促進(jìn)膠凝材料的 后期粘結(jié)作用。 本發(fā)明所述脫硫石膏是鈣基濕法煙氣脫硫副產(chǎn)物，其基本成分是質(zhì)量百分比 85-95%的二水硫酸*丐，含水率約10%，將其在低于20-90C條件下干燥，然后破碎、過篩，使 粒徑小于lmm。對于石膏基膠凝材料，脫硫石膏原始的顆粒粒徑過粗，材料的膠凝性能難以 發(fā)揮。由于脫硫石膏的顆粒粒徑大部分分布在lmm以下，本發(fā)明最大限度的利用了脫硫石 膏的顆粒粒徑分布，即使在不進(jìn)行破碎的前提下也能在較大摻量(> 30% )條件下，使自流 平材料有較小的水灰比、良好的流動性和足夠的強度。 本發(fā)明所述的鋁土礦為以三水鋁石為主、高嶺石為次、少量一水鋁石的天然礦物 粉料，三氧化鋁質(zhì)量含量30-60%，將其破碎、過篩、干燥，粒徑小于0. 5mm。鋁土礦粉與脫硫 石膏復(fù)合水化膠凝過程中起到提供硅離子和鋁離子的作用，有利于生成膠凝材料中重要的牽丐砜石礦物。 本發(fā)明所述鋁酸鹽水泥為GB201-2000定義的鋁酸鹽水泥。添加鋁酸鹽水泥主要
是向自流平材料提供水化初期所需要的水鋁化物，彌補鋁土礦提供鋁離子速率較慢的不
足，有利于加快自流平材料的鈣礬石生成，同時也提高膠凝材料的粘結(jié)強度。 本發(fā)明所述硅酸鹽水泥為GB 175-1999定義的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥。在
鋁土礦提供材料水化所需的鋁離子的速率滿足要求時，廉價的硅酸鹽水泥可以替代價格較
高的鋁酸鹽水泥，同時增強膠凝材料的粘結(jié)強度。 本發(fā)明所述乳膠粉為以乙烯和醋酸乙烯為單體的聚合物粉體，例如瓦克(WACKER)
聚合物材料(上海)有限公司的VINNAPAS⑧5011L。 本發(fā)明所述細(xì)骨料為細(xì)石英砂，粒徑最優(yōu)小于2mm。 本發(fā)明所述減水劑為聚羧酸系減水劑，如蘇州鑫龍化學(xué)建材有限公司的PC高效 減水劑。 本發(fā)明所述消泡劑為有機硅消泡劑，例如江蘇賽歐信越消泡劑有限公司的改性聚 硅氧烷有機硅消泡劑XPJ820。 本發(fā)明所述自流平材料的制備方法如下 將脫硫石膏在20°C _901:條件下干燥，然后破碎、過篩，使粒徑小于lmm，將鋁土礦 破碎、干燥、過篩，粒徑小于0. 5mm，將這兩種基料與本發(fā)明所述其他輔助物料按規(guī)定的質(zhì)量 百分比在混料機中混合均勻，即得所述自流平材料。本發(fā)明所述的脫硫石膏自流平材料使 用時，按水灰比0. 3-0. 5加水充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笫┕ぁ?本發(fā)明所述以鋁土礦和脫硫石膏為基料的自流平材料水化硬化基本機理如下
(1)膠結(jié)料遇水后，鋁土礦中的水化鋁與鋁酸鹽水泥中的鋁酸鈣迅速發(fā)生水化，在 有(脫硫)石膏存在的條件下生成以鈣礬石為主的水化礦物；(2)鈣礬石的析出控制了物 料之間的早期反應(yīng)，加上減水劑的空間位阻作用，延緩了礦物組分的早期水化速率，使得材 料具有一定的流動度，為膠凝材料提供了足夠的施工時間；(3)在凝結(jié)過程，大量生成鈣礬 石晶體、還有鈣黃長石、綠泥石等礦物晶體，這些晶體交錯連生，形成材料內(nèi)部的空間網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)，提供了材料早期強度的內(nèi)在基礎(chǔ)；(4)凝結(jié)過程還產(chǎn)生大量水膠體，如水化硅酸鈣、 水鋁膠、鐵質(zhì)膠體，填充于主要礦物如鈣礬石晶體之間的空隙，提高了膠凝材料的密實性， 增強了材料的強度。 本發(fā)明直接利用脫硫石膏為基料之一，無需將其轉(zhuǎn)化為半水或無水石膏；以豐富 的天然鋁土礦為基料之一，只需要簡單的破碎、粉磨，即可利用。以脫硫石膏和天然鋁土礦 為基料、少量參加水泥的自流平材料，生產(chǎn)工藝簡單，能耗低，生產(chǎn)成本低，所制備的自流平 材料凝結(jié)時間適中，達(dá)到石膏基自流平材料的性能指標(biāo)。
具體實施例方式
實施例1 : 脫硫石膏粉 55% 鋁土礦粉 26% 鋁酸鹽水泥 8% 硅酸鹽水泥 6%
乳膠粉VINNAPAS 5011L 1% PC高效減水劑 0.3% 消泡劑XPJ820 0.1% 石英砂 3.6% 按上表規(guī)定的質(zhì)量百分比制備自流平材料，按水灰比0.31加水拌勻后施工。該配 方的基本性能為流動度211mm， 30min流動度損失2mm，初凝時間2h，終凝時間4. 6h，可工 作時間2. 6h，絕干抗折強度7. 6MPa，絕干抗壓強度21MPa，收縮率0. 031 % 。實施例2 :脫硫石膏粉50%鋁土礦粉26%鋁酸鹽水泥6%硅酸鹽水泥10%乳膠粉VI薩PAS 5011L1. 5%PC高效減水劑0. 3%消泡劑XPJ8200. 2%石英砂6%按上表規(guī)定的質(zhì)量百分比制備自流平材料，按水灰比0. 33加水充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笫┕?。該配方的基本性能為流動?04mm， 30min流動度損失2. 7mm，初凝時間1. 7h，終凝 時間4. 4h，可工作時間2. 7h，絕干抗折強度7. 8MPa，絕干抗壓強度25MPa，收縮率0. 033%。 實施例3 : 脫硫石膏粉 40% 鋁土礦粉 31.4% 鋁酸鹽水泥 8% 硅酸鹽水泥 10% 乳膠粉VINNAPAS 5011L 2.1% PC高效減水劑 0.4% 消泡劑XPJ820 0.1% 石英砂 8% 按上表規(guī)定的質(zhì)量百分比制備自流平材料，按水灰比0.34加水?dāng)嚢杈鶆蚝笫┕ぁ?該配方的基本性能為流動度197mm，30min流動度損失1. lmm，初凝時間1. 5h，終凝時間 3. 9h，可工作時間2. 4h，絕干抗折強度9. 7MPa，絕干抗壓強度43MPa，收縮率0. 01 % 。實施例4 :脫硫石膏粉35%鋁土礦粉35%鋁酸鹽水泥3%硅酸鹽水泥16%乳膠粉VI薩PAS 5011L2. 1%PC高效減水劑0. 6%消泡劑XPJ8200. 3%
石英砂 8% 按上表規(guī)定的質(zhì)量百分比制備自流平材料，按水灰比0. 37加水?dāng)嚢杈鶆蚝笫┕ぁ?該配方的基本性能為流動度195mm，30min流動度損失1. 7mm，初凝時間1. 5h，終凝時間 3. 8h，可工作時間1. 7h，絕干抗折強度8. 4MPa，絕干抗壓強度33MPa，收縮率0. 026%。實施例5 :脫硫石膏粉30%鋁土礦粉40%鋁酸鹽水泥2%硅酸鹽水泥12%乳膠粉VI薩PAS 5011L2. 67%PC高效減水劑0. 25%消泡劑XPJ8200. 08%石英砂13%按上表規(guī)定的質(zhì)量百分比制備自流平材料，按水灰比0. 34加水?dāng)嚢杈鶆蚝笫┕?。該配方的基本性能為流動?05mm，30min流動度損失2. lmm，初凝時間1. 5h，終凝時間 3. 7h，可工作時間2. 2h，絕干抗折強度7. 9MPa，絕干抗壓強度29MPa，收縮率0. 014%。實施例6 :脫硫石膏粉26%鋁土礦粉48%硅酸鹽水泥16%乳膠粉VI薩PAS 5011L4. 0%PC高效減水劑0. 25%消泡劑XPJ8200. 45%石英砂5. 3%按上表規(guī)定的質(zhì)量百分比制備自流平材料，按水灰比0. 38加水?dāng)嚢杈鶆蚝笫┕?。該配方的基本性能為流動?14mm，30min流動度損失1. 4mm，初凝時間1. 4h，終凝時間 3. 3h，可工作時間1. 9h，絕干抗折強度8. 8MPa，絕干抗壓強度35MPa，收縮率0. 022%。
實施例7 : 脫硫石膏粉 22%
鋁土礦粉 51%
硅酸鹽水泥 19.5%
乳膠粉VINNAPAS 5011L 1.7%
PC高效減水劑 0.33%
消泡劑XPJ820 0.07%
石英砂 5.4% 按上表規(guī)定的質(zhì)量百分比制備自流平材料，按水灰比0. 39加水充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?施工。該配方的基本性能為流動度223mm，30min流動度損失1. 4mm，初凝時間1. 8h，終凝 時間3. 9h，可工作時間2. lh，絕干抗折強度8. 2MPa，絕干抗壓強度29MPa，收縮率0. 028%。
實施例8:
70107]脫硫石膏粉54%
0108]鋁土礦粉33%
0109]鋁酸鹽水泥5%
0110]硅酸鹽水泥7%
0111 ]乳膠粉VI薩PAS 5011L0%
0112]PC高效減水劑0. 6%
0113]消泡劑XPJ8200. 4%
0114]石英砂0%
0115]按上表規(guī)定的質(zhì)量百分比制備自流平材料，按水灰比0. 39加水?dāng)嚢杈鶆蚝笫┕?。該配方的基本性能為流動?37mm，30min流動度損失2. 9mm，初凝時間2. 7h，終凝時間 5. 4h，可工作時間2. 7h，絕干抗折強度7. 6MPa，絕干抗壓強度24MPa，收縮率0. 04%。
:0116] 實施例9:
:0117] 脫硫石膏粉 49%
:0118] 鋁土礦粉 30%
:0119] 鋁酸鹽水泥 9%
:0120] 硅酸鹽水泥 5%
:0121] 乳膠粉VINNAPAS⑧5011L 0%
:0122] PC高效減水劑 0.5%
:0123] 消泡劑XPJ820 0.3%
:0124] 石英砂 6.2% 按上表規(guī)定的質(zhì)量百分比制備自流平材料，按水灰比0. 38加水?dāng)嚢杈鶆蚝笫┕ぁ?該配方的基本性能為流動度230mm，30min流動度損失2. lmm，初凝時間2. 2h，終凝時間 4. 3h，可工作時間2. lh，絕干抗折強度7. 7MPa，絕干抗壓強度29MPa，收縮率0. 041 % 。
以上實施例中的乳膠粉為瓦克(WACKER)聚合物材料(上海)有限公司生產(chǎn)，減水 劑為蘇州鑫龍化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)，消泡劑為江蘇賽歐信越消泡劑有限公司生產(chǎn)。
權(quán)利要求
一種以鋁土礦與脫硫石膏為基料的自流平材料，其特征在于各組分的質(zhì)量百分比如下脫硫石膏粉20-60％鋁土礦粉 20-55％鋁酸鹽水泥0-20％硅酸鹽水泥5-20％乳膠粉0-4.0％減水劑0.1-1.0％消泡劑0.05-0.5％細(xì)骨料0-20％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自流平材料，其特征在于各組分的質(zhì)量百分比如下脫硫石膏粉 30-45% 鋁土礦粉 25-35% 鋁酸鹽水泥 6-10% 硅酸鹽水泥 10-15% 乳膠粉 2-3% 減水劑 0.4-0.5% 消泡劑 0.1-0.3% 細(xì)骨料 7-12%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自流平材料，其特征在于所述的脫硫石膏粉是鈣基濕 法煙氣脫硫副產(chǎn)物，其二水硫酸鈣的質(zhì)量百分含量為85-95%，粒徑小于lmm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自流平材料，其特征在于所述的鋁土礦粉中三氧化鋁 的質(zhì)量百分含量為30-60%，粒徑小于0. 5mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自流平材料，其特征在于所述乳膠粉為以乙烯和醋酸 乙烯為單體的聚合物粉體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自流平材料，其特征在于所述細(xì)骨料為干燥的細(xì)石英砂。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自流平材料，其特征在于所述減水劑為聚羧酸系減水劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自流平材料，其特征在于所述消泡劑為有機硅消泡劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l-8任一所述的自流平材料的制備方法，包括將鋁土礦破碎、過篩、干燥，使粒徑小于0. 5mm ;將脫硫石膏在20-9(TC條件下干燥，然后破碎、過篩，使粒徑小于 lmm ;與其它各組分按規(guī)定的質(zhì)量比在混料機中充分混合均勻，即得自流平材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以鋁土礦和脫硫石膏為基料的自流平材料及其制備方法，其主要組分質(zhì)量百分比如下脫硫石膏粉20-60％，鋁土礦粉20-55％，鋁酸鹽水泥0-20％，硅酸鹽水泥5-20％，還包括少量的外加劑及細(xì)骨料。將各組分按照一定的質(zhì)量百分比在混料機中混合均勻，包裝，即得自流平材料。使用時，將混合膠結(jié)料與水按照一定的水灰比快速混合均勻，即可施工。本發(fā)明可直接利用脫硫石膏和天然鋁土礦制備自流平材料，生產(chǎn)工藝簡單，能耗低，成本較低，所制備的自流平材料具有凝結(jié)時間適中，強度合理的特點，可廣泛應(yīng)用于各類地面找平。
文檔編號C04B28/14GK101704657SQ200910155268
公開日2010年5月12日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者何樂年, 張魯, 朱麗芳, 柯徐剛, 苑婷, 金津, 陳東坡, 陳俊曉 申請人:浙江天達(dá)環(huán)保有限公司;杭州萬向職業(yè)技術(shù)學(xué)院;杭州浙大易泰環(huán)境科技有限公司;浙江大學(xué)